Nghiên cứu khả năng hấp phụ và quang xúc tác của vật liệu nano composite của zno trên chất mang có nguồn gốc tự nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - BÙI THỊ THOAN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOSITE CỦA ZnO TRÊN CHẤT MANG CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - BÙI THỊ THOAN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOSITE CỦA ZnO TRÊN CHẤT MANG CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Đình Bảng Hà Nội - Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Đình Bảng - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu hồn thành luận văn Với lòng biế t ơn sâu sắ c, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Minh Phƣơng đã nhiê ̣t tiǹ h giúp đỡ , cho em những kiế n thức quý báu quá trình thực hiện luận văn Em xin chân thành cảm ơn các thầ y , cô phòng thí nghiê ̣m Hóa Môi Trường đã tâ ̣n tình chỉ bảo và hướng dẫn em suố t thời gian làm viê ̣c ta ̣i phòng thí nghiệm Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè bên cạnh động viên suốt thời gian hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2015 Học viên Bùi Thị Thoan MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu nano ZnO 1.1.1 Đặc trưng cấu trúc ZnO 1.1.2 Hoạt tính quang xúc ZnO 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano ZnO 1.1.4 Một số phương pháp điều chế ZnO 1.2 Vật liệu nano composite ZnO/Bentonit 10 1.2.1 Bentonit 10 1.2.2 Một số phương pháp chế tạo vật liệu tổ hợp quang xúc tác chất mang 14 1.3 Tổng quan thực trạng ô nhiễm chất màu dệt nhuộm 15 1.4 Tổng quan thực trạng ô nhiễm thuốc trừ sâu 16 Chƣơng - THỰC NGHIỆM 18 2.1 Dụng cụ hóa chất 18 2.1.1 Dụng cụ 18 2.1.2 Hóa chất 18 2.2 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 18 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 18 2.2.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu 20 2.2.3.Một số phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc tính chất vật liệu 21 2.2.4 Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 25 2.2.5 Phương pháp định lượng phẩm màu Direct Blue 71 28 2.2.6 Phương pháp định lượng thuốc trừ sâu Methomyl 30 2.3 Thí nghiệm khảo sát khả hấp phụ vật liệu 31 2.3.1 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu phẩm màu DB 71 31 2.3.2 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu thuốc trừ sâu Methomyl 32 2.4 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu 32 2.4.1 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu phẩm màu DB 71 32 2.4.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu thuốc trừ sâu Methomyl 33 Chƣơng - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu nano ZnO ZnO/Bentonit 34 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X 34 3.1.2 Phổ UV- VIS 36 3.1.3 Đặc trưng hình thái bề mặt vật liệu kính hiển vi điện tử quét .37 3.1.4 pH trung hòa điện vật liệu 38 3.2 Khả hấp phụ quang xúc tác vật liệu DB 71 39 3.2.1 Khả hấp phụ DB 71 vật liệu 39 3.2.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác phân hủy phẩm màu DB 71 vật liệu 43 3.3 Khả hấp phụ quang xúc tác vật liệu Methomyl 49 3.3.1 Khả hấp phụ Methomyl vật liệu 49 3.3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác phân hủy Methomyl vật liệu 51 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một vài thông số ZnO Bảng 1.2 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy ZnO số chất ô nhiễm hữu Bảng 2.1 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dung dịch DB 71 29 Bảng 2.2 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dung dịch thuốc trừ sâu Methomyl 30 Bảng 3.1 Kết xách định pHpzc vật liệu ZnO/Bent (3) 39 Bảng 3.2 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu 40 Bảng 3.3 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ vật liệu 41 Bảng 3.4 Kết khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu vùng ánh sáng khả kiến 43 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nguồn chiếu sáng tới hiệu suất xử lý DB 71 44 Bảng 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý DB 71 45 Bảng 3.7 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý DB 71 48 Bảng 3.8 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu 49 Bảng 3.9 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ vật liệu 50 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tác nhân chiếu sáng tới hiệu suất xử lý Methomyl 51 Bảng 3.11 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý Methomyl 53 Bảng 3.12 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Methomyl 55 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc mạng sở tinh ZnO Hình 1.2 Cơ chế tạo gốc hoạt động vật liệu bán dẫn Hình 1.3 Cơ chế trình xúc tác quang vật liệu bán dẫn Hình 1.4 Một số dạng thù hình ZnO Hình 1.5 Cấu trúc montmorillonit 12 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp ZnO/Bentonit theo phương pháp sol - gel 21 Hình 2.2 Sự nhiễu xạ tia X qua mạng tinh thể 22 Hình 2.3 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu 25 Hình 2.4 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 28 Hình 2.5 Sự phụ thuộc Ct/q vào Ct 28 Hình 2.6 Đường chuẩn xác định nồng độ DB 71 30 Hình 2.7 Đường chuẩn xác định nồng độ Methomyl 31 Hình 3.1 Giản đồ XRD Bentonit 34 Hình 3.2 Giản đồ XRD ZnO 34 Hình 3.3 Giản đồ XRD ZnO/Bent (1) 35 Hình 3.4 Giản đồ XRD ZnO/Bent (2) 35 Hình 3.5 Giản đồ XRD ZnO/Bent (3) 36 Hình 3.6 Phổ UV-VIS vật liệu 37 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu vật liệu ZnO/Bent (1) 37 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu vật liệu ZnO/Bent (2) 38 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu vật liệu ZnO/Bent (3) 38 Hình 3.10 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu ZnO/Bent (3) 39 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ vật liệu 40 Hình 3.12 Đường thẳng xác định dung lượng hấp phụ cực đại 42 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác vật liệu 43 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nguồn chiếu sáng tới hiệu suất xử lý DB 71 45 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý DB 71 46 Hình 3.16 Phổ UV- VIS DB 71 47 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý DB 71 48 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ vật liệu 50 Hình 3.19 Đường thẳng xác định dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu 51 Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tác nhân chiếu sáng tới hiệu suất xử lý Methomyl 52 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý Methomyl điều kiện chiếu sáng đèn UV 53 Hình 3.22 Phổ hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại Methomyl 54 Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Methomyl 55 BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Nội dung BVTV : Bảo vệ thực vật Eg : Năng lượng vùng cấm (Band gap Energy) DB 71 : Direct Blue 71 MMT : Montmorillonit SEM : Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microcopy) UV-VIS : Tử ngoại – Khả kiến (Ultra Violet – Visible) MMT : Montmorillonit SEM : Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microcopy) XRD : Phương pháp nhiễu xạ tia X ( X Rays Diffraction) MỞ ĐẦU Với phát triển kinh tế - xã hội, vấn đề ô nhiễm môi trường nước, đặc biệt ô nhiễm chất hữu ngày trở nên nghiêm trọng Các nhóm chất hữu ô nhiễm đa dạng, tuỳ thuộc vào nguồn thải Trong đó, nhóm hợp chất màu hữu từ q trình dệt nhuộm nhóm hố chất bảo vệ thực vật từ hoạt động nông nghiệp, pha chế cơng nghiệp hố chất đối tượng quan tâm xử lý Trong năm gần đây, việc sử dụng quang xúc tác bán dẫn để ứng dụng xử lý hợp chất hữu thu thành tựu đáng kể Một số chất bán dẫn dạng nano nghiên cứu sử dụng làm chất xúc tác quang như TiO2, ZnO, CdS, Fe2O3,… Vật liệu bán dẫn cấu trúc nano có khả tạo gốc tự có tính oxy hóa mạnh thu hút quan tâm lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng Vật liệu ZnO nano hiện nhiều nhà khoa học quan tâm đặc tính vật lý mà vật liệu khối khơng có được, có đặc tính quang xúc tác ZnO chất bán dẫn thuộc loại AIIBVI, có vùng cấm rộng nhiệt độ phòng cỡ 3,2 eV, theo số kết nghiên cứu ban đầu cho thấy, so với chất xúc tác quang khác, ZnO nano thể hiện ưu điểm vượt trội giá thành thấp, hiệu xúc tác quang cao, dễ điều chế thân thiện với môi trường Bentonit khống sét sẵn có rẻ tiền Việt Nam, có cấu trúc lớp thuộc họ vật liệu mao quản trung bình, có khả hấp phụ tốt hợp chất hữu có kích thước lớn, cồng kềnh Việc sử dụng Bentonit làm pha cho vật liệu nano composite ZnO tận dụng khả lưu giữ tốt tác nhân ô nhiễm tâm hoạt động xúc tác, từ giúp nâng cao hiệu xúc tác Chính vậy, đề tài này, nghiên cứu tổng hợp khảo sát khả hấp phụ hoạt tính xúc tác vật liệu nano composite ZnO/Bentonit hợp chất hữu khác 120 Hiệu suất (%) 100 80 60 Vis 40 UV 20 0 30 60 90 120 150 180 210 t(phút) Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nguồn chiếu sáng tới hiệu suất xử lý DB 71 Chúng khảo sát khả phân hủy DB 71 (sử dụng DB 71 20 ppm) tác nhân ánh sáng với lượng vật liệu 0g/l kết thu là: khả phân hủy tác nhân ánh sáng vùng UV 20,2 %, tác nhân ánh sáng vùng Vis 0% sau 180 phút chiếu sáng Cũng sau 180 phút chiếu sáng, với lượng vật liệu 0,75 g/l, khả phân hủy tác nhân ánh sáng vùng UV 99,1%; tác nhân ánh sáng vùng Vis 97, % Kết thu hoàn toàn phù hợp với kết đo phổ UV – VIS vật liệu (Hình 3.6) Do khả phân hủy phẩm màu nguồn vùng Vis tốt, khả phân hủy DB 71 thấp không nhiều so với nguồn UV nên lựa chọn nguồn ánh sáng vùng Vis để khảo sát yếu tố khác ảnh hưởng tới khả phân hủy DB 71 vật liệu c Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác Kết qủa khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý DB 71 trình bày bảng 3.6 hình 3.15 45 Bảng 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý DB 71 ( DB 71 20ppm) Hiệu suất xử lý DB -71 (%) t (phút) 0,25g/l 0,5g/l 0,75g/l 1g/l 1,5g/l 30 39,1 55,6 70,2 70,9 89,5 60 46,3 65,7 84,0 84,7 94,5 90 50,6 70,5 91,6 92,2 96,2 120 54,2 76,5 92,4 93,2 96,4 150 57,5 81,0 94,8 95,3 98,0 180 59,0 83,0 97,4 97,8 98,6 120 Hiệu suât (%) 100 80 0,25g/l 60 0,5g/l 40 0,75g/l 1g/l 20 1,5g/l 0 30 60 90 120 150 180 210 t (phút) Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý DB 71 Qua kết khảo sát, ta thấy khối lượng vật liệu từ 0,25g/l tới 0,75 g/l hiệu suất xử lý DB 71 tăng từ 59% đến 97,4%; khối lượng vật liệu tăng lên từ 0,75 g/l tới 1,5 g/l hiệu suất xử lý DB 71 tăng lên không đáng kể từ 97,4% đến 98,6% Điều giải thích sau: Khi lượng chất xúc tác tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với thuốc nhuộm ít, trung tâm hoạt động phân hủy màu 46 ít, kết hiệu suất phân hủy chất màu thấp Tuy nhiên, lượng chất xúc tác dung dịch tăng lên hỗn độn dung dịch tăng lên Điều hạn chế ánh sáng xuyên qua giảm chiếu xạ, kết lượng xúc tác tăng lên đáng kể hiệu suất phân hủy DB 71 tăng lên không đáng kể Do đó, chúng tơi lựa chọn lượng vật liệu 0,75g/l để khảo sát yếu tố d Khảo sát ảnh hưởng pH Chúng tiến hành khảo sát lại bước sóng hấp thụ cực đại dung dịch DB 71 (20ppm, max 587 nm) sau thay đổi pH, kết trình bày hình 3,16 Tại pH = – 10, cấu tạo phân tử DB 71 không thay đổi; pH = 2, cường độ hấp thụ dung dịch giảm đáng kể Trong thí nghiệm này, chúng tơi tiến hành khảo sát pH từ 4- 10 Hình 3.16 Phổ UV- VIS DB 71 47 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý DB 71 thu bảng 3.7 hình 3.17 Bảng 3.7 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý DB 71 (0,75 g/l vật liệu, DB 71 20 ppm) Hiệu suất xử lý DB 71 (%) t (phút) pH = pH =6 pH =8 pH =10 30 82,9 70,2 45,0 36,8 60 90,6 84,0 59,4 48,7 90 94,6 92,0 69,2 62,2 120 96,9 92,4 80,5 76,5 150 97,7 94,8 84,9 80,1 180 98,9 97,4 88,8 82,8 120 Hiệu suất (%) 100 80 pH = 60 pH =6 40 pH =8 pH =10 20 0 30 60 90 120 150 180 210 t (phút) Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý DB 71 Qua kết khảo sát, ta thấy, pH dung dịch thay đổi từ – 10, hiệu suất phân hủy DB 71 giảm dần từ 98,9% xuống 82,8 Điều giải thích sau: pH dung dịch < 8,9 bề mặt vật liệu mang điện dương, DB 71 phẩm nhuộm anion dễ dàng hấp thụ bề mặt vật liệu, làm tăng tốc độ 48 phân hủy quang xúc tác DB 71 Tuy nhiên, hiệu suất phân hủy phẩm màu với pH – vật liệu thay đổi khơng nhiều, thực tế, chọn pH = (pH dung dịch DB 71 20 ppm) 3.3 Khả hấp phụ quang xúc tác vật liệu Methomyl Từ kết khảo sát khả hấp phụ quang xúc tác vật liệu DB 71, thấy vật liệu ZnO/Bent (3) có khả hấp phụ hoạt tính xúc tác tốt loại vật liệu tổ hợp ZnO/Bentonit tổng hợp Trong nghiên cứu này, khảo sát khả hấp phụ quang xúc tác vật liệu ZnO/Bent (3) Methomyl 3.3.1 Khả hấp phụ Methomyl vật liệu a Khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ Methomyl vật liệu trình bày bảng 3.8 hình 3.18 Bảng 3.8 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu (0,75 g/l vật liệu; Methomyl 10ppm) t (phút) Ct Methomyl (ppm) q (mg/g) 30 9,90 0,40 60 9,74 1,04 90 9,52 1,92 120 9,33 2,68 150 9,16 3,36 180 9,13 3,48 240 9,14 3,44 49 3.5 q (mg/g) 2.5 1.5 0.5 t (phút) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ vật liệu Từ đồ thị , ta thấy thời gian cân hấp phụ vật liệu 150 phút b Khảo sát dung lượng hấp phụ vật liệu Kết khảo sát dung lượng hấp phụ Methomyl vật liệu trình bày bảng 3.9 hình 3.19 Bảng 3.9 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ vật liệu (0,75 g/l vật liệu) C0 (ppm) Ct Methomyl (ppm) q (mg/g) Ct/q 0,5 0,35 0,60 0,58 0,71 1,16 0,61 1,44 2,24 0,64 3,90 4,40 0,89 10 8,12 7,52 1,08 20 17,60 9,60 1,83 50 2.00 1.80 1.60 Ct/q 1.40 y = 0.071x + 0.556 R² = 0.994 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 10 15 20 Ct (ppm) Hình 3.12 Đường thẳng xác định dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu Như vậy, dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu với Methomyl: qmax =  13,14 mg/g 0, 0716 3.3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác phân hủy Methomyl vật liệu a Khảo sát ảnh hưởng tác nhân chiếu sáng Kết khảo sát ảnh hưởng tác nhân chiếu sáng thu bảng 3.10 hình 3.20 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tác nhân chiếu sáng tới hiệu suất xử lý Methomyl (0,75 g/l vật liệu, Methomyl 10 ppm) t (phút) Hiệu suất xử lý Methomyl (%) Vis UV 60 4,6 31,1 120 11,9 51,7 300 23,7 85,8 51 Hiệu suất (%0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Vis UV 60 120 180 240 300 360 t (phút) Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tác nhân chiếu sáng tới hiệu suất xử lý Methomyl Chúng khảo sát khả phân hủy Methomyl (sử dụng Methomyl 10 ppm) tác nhân ánh sáng với lượng vật liệu 0g/l kết thu là: khả phân hủy tác nhân ánh sáng vùng UV 10,5 %, tác nhân ánh sáng vùng Vis 0% sau 300 phút chiếu sáng Cũng sau 300 phút chiếu sáng, với lượng vật liệu 0,75 g/l, khả phân hủy tác nhân ánh sáng vùng UV 85,8%; tác nhân ánh sáng vùng Vis 23,7 % Qua kết khảo sát, ta thấy tác nhân ánh sáng vùng UV có hiệu suất xử lý Methomyl cao tác nhân ánh sáng vùng Vis, điều hoàn toàn phù hợp với kết đo phổ UV – VIS vật liệu (Hình 3.6) Từ kết khảo sát, lựa chọn tác nhân ánh sáng vùng UV để khảo sát yếu tố khác ảnh hưởng tới khả phân hủy Methomyl vật liệu b Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý Methomyl thu bảng 3.11 hình 3.21 52 Bảng 3.11 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý Methomyl (Methomyl 10 ppm) Hiệu suất xử lý Methomyl (%) t (phút) 0,5g/l 0,75g/l 1g/l 30 0,0 0,5 1,0 3,0 60 7,4 24,7 31,1 36,9 120 14,7 37,3 51,7 61,8 300 20,6 77,0 85,8 87,6 Hiệu suất (%) 0g/l 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0g/l 0,5g/l 0,75g/l 1g/l 100 200 300 400 t (phút) Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất xử lý Methomyl điều kiện chiếu sáng đèn UV Từ bảng kết đồ thị ta thấy không sử dụng xúc tác, thực hiện quang phân độ chuyển hóa Methomyl đạt khoảng 20,6% sau chiếu sáng Khi sử dụng xúc tác ZnO/Bent (3) độ chuyển hóa Methomyl sau chiếu sáng 77,0%; 85,8%; 87,6% tương ứng với lượng xúc tác khảo sát 0,5 g/l; 0,75 g/l; g/l Khi khối lượng vật liệu tăng lên từ 0,75 g/l tới g/l hiệu suất xử lý Methomyl tăng lên không đáng kể từ 85,8% đến 87,6% Như vậy, khối lượng vật liệu 0,75 g/l cho hiệu suất xử lý Methomyl tốt 53 Điều giải thích sau: Khi lượng chất xúc tác tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với thuốc trừ sâu ít, trung tâm hoạt động phân hủy ít, kết hiệu suất phân hủy thuốc trừ sâu thấp Tuy nhiên, lượng chất xúc tác dung dịch tăng lên hỗn độn dung dịch tăng lên Điều hạn chế ánh sáng xuyên qua giảm chiếu xạ, kết lượng xúc tác tăng lên đáng kể hiệu suất phân hủy thuốc trừ sâu Methomyl tăng lên không đáng kể c Khảo sát ảnh hưởng pH Chúng tơi tiến hành khảo sát lại bước sóng hấp thụ cực đại dung dịch Methomyl (10ppm) sau thay đổi pH, max = 234 nm, vậy, thay đổi pH dung dịch, cường độ hấp thụ quang Methomyl không thay đổi Hình 3.22 Phổ hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại Methomyl Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Methomyl thu bảng 3.12 hình 3.23 54 Bảng 3.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Methomyl Hiệu suất xử lý Methomyl (%) t (phút) pH =2 pH = pH =6 pH =8 pH =10 60 42,6 38 31,14 29,8 25,4 120 63,8 58,8 51,7 47,7 37,2 300 93,0 88,2 85,8 70,3 56,9 100 90 Hiệu suất (%) 80 70 pH =2 60 pH = 50 pH =6 40 pH =8 30 pH =10 20 10 0 100 200 300 400 t (phút) Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Methomyl Từ bảng kết đồ thị ta thấy pH dung dịch tăng từ đến 10, hiệu suất xử lý Methomyl giảm xuống từ 93% tới 56,9% Như với pH = 2, hiệu suất xử lý Methomyl tốt Điều giải thíc sau: Khi pH dung dịch < 8,9 bề mặt vật liệu mang điện dương, phân tử Methomyl chứa ngun tử Nitơ cặp electron hóa trị, dễ dàng hấp thụ bề mặt vật liệu, làm tăng tốc độ phân hủy quang xúc tác Methomyl Như vậy, với pH thay đổi từ – 10 , giá trị pH = 2, hiệu suất phân hủy Methomyl cao Kết phù hợp với số nghiên cứu công bố [24] 55 KẾT LUẬN Đã tổng hợp vật liệu nano composite ZnO/Bentonit với tỉ lệ khác theo phương pháp sol – gel Vật liệu thu có đặc trưng sau: Thành phần pha chủ yếu wurtzit, khả hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến nâng cao rõ rệt, bề mặt vật liệu tương đối đồng Đã khảo sát khả hấp phụ hoạt tính quang xúc tác vật liệu phẩm màu DB 71 thuốc trừ sâu Methomyl vật liệu có tỉ lệ ZnO/Bentonit 70% - Dung lượng hấp phụ vật liệu DB71 Methomyl 49,75 13,14 mg/g - Vật liệu thể hiện hoạt tính quang phân hủy tốt DB 71 ánh sáng UV Vis, đạt 97% sau 180 phút chiếu sáng Khả quang phân huỷ vật liệu Methomyl đạt 85,8% sau 300 phút chiếu sáng đèn UV 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Xuân Bách & nhóm nghiên cứu (2003), Đánh giá tiềm giá trị sử dụng số khống chất cơng nghiệp diatomit, bentonit, zeolit, kaolin Nam Trung Bộ Tây Nguyên phục vụ sản xuất công nghiệp - nông nghiệp xử lý môi trường, Lưu trữ địa chất, Hà Nội Nguyễn Mạnh Chinh (2012), Cẩm nang thuốc bảo vệ thực vật, NXB Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Tuấn Khanh (2010), Đánh giá ảnh hưởng sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đến sức khỏe người chuyên canh chè Thái Nguyên hiệu biện pháp can thiệp, Luận án tiến sỹ y học, Trường ĐH Thái Nguyên Hồng Nhâm (1994), Hóa học vơ (tập 1, 2, 3), NXB Giáo dục, Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2006), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đặng Tuyết Phương (1995), Nghiên cứu cấu trúc, tính chất hóa lý số ứng dụng bentonit Thuận Hải Việt Nam, Luận án Phó Tiến sĩ khoa học, Viện Hóa học, Hà Nội Bùi Văn Thắng nhóm nghiên cứu (2011), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ photpho nước, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ, Bộ giáo dục đào tạo – Trường đại học Đồng Tháp Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2005), Các q trình oxi hóa nâng cao xử lý nước nước thải - Cơ sở khoa học ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh Agnieszka Kołodziejczak-Radzimska and Teofil Jesionowski (2014), “Zinc Oxide - From Synthesis to Application: A Review”, Materials, 7, pp 2833 2881 57 10 C Barbarian (2006), “Photocatalytic degradation of organic contaminants in water by ZnO nanoparticles: Revisited”, Applied Catalysis A: General, 304, pp 55 - 61 11 Cerovic Lj.S et al (2007), “Point of zero charge of different carbides”, Colloids and surfaces A, 297, pp – 12 V A Coleman and C Jagadish (2006), “Basic Properties and Applications of ZnO”, Zinc Oxide Bulk, Thin Films and Nanostructures, Chapter 1, Elsevier Limited 13 N.Daneshvar, D.Salari ,A.R.Khataee (2004), “Photocatalytic degradation of azo dye acid red14 in water on ZnO as an alternative catalyst toTiO2”, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 162, pp 317 – 322 14 N Daneshvar, M.H Rasoulifard, A.R Instead, F Modernization (2007), “Removal of C.I Acid Orange from aqueous solution by UV irradiation in the presence of ZnO manpower”, Journal of Hazardous Materials, 143, pp 95 - 101 15 L.N Dem'yanets, L.E Li, T.G Uvarova (2006), “Zinc oxide: Hydrothermal growth of nano- and bulk crystals and their luminescent properties”, Journal of Materials Science, 41(5), pp 1439 - 1444 16 Hadj Benhemal, Messaoud Chaib, Thierry Salmon, Je´re´my Geens, Ange´lique Leonard, Ste´phanie D Lambert, Michel Crine, Benoiˆt Heinrichs (2013), “Photocatalytic degradation of phenol and benzoic acid using zinc oxide powders prepared by the sol – gel process”, Alexandria Engineering Journal, 52, pp 517 – 523 17 Is Fatimah, Shaobin Wang, Dessy Wulandari (2011), “ZnO/montmorillonite for photocatalytic and photochemical degradation of methylene blue”, Applied Clay Science, 53, pp 553 - 560 18 Katerˇina Mamulová Kutláková, Jonásˇ Tokarsky´, Pavlína Peikertová (2 01 ), “ Functional and eco-friendly nanocomposite kaolinite/ZnO 58 with high photocatalytic activity”, Applied Catalysis B: Environmental, 162, pp 392–400 19 Kian Mun Lee, Chin Wei Lai, Koh Sing Ngai, Joon Ching Juan (2015), “Recent Developments of Zinc Oxide Based Photocatalyst in Water Treatment Technology: A Review”, Water Research, 88, pp 428 – 448 20 Li, P., Wei, Y., Liu, H., Wang, X.K (2005), “Growth of well-defined ZnO microparticles with additives from aqqueous solution”, J Solid State Chem, 178, pp 855 – 860 21 SamuelHongShenChan, TaYeongWu, JoonChingJuan and CheeYangTeh (2011), “Recent developments of metal oxide semiconductors as photocatalysts in advanced oxidation processes (AOPs) fo rtreatment of dye waste-water”, J Chem Technol Biotechnol, 86, pp 1130 – 1158 22 Satish Meshram, Rohan Limaye, Shailesh Ghodke, Shachi Nigam, Shirish Sonawane, Rajeev Chikate (2011), “Continuous flow photocatalys reactor using ZnO – Bentonit nanocomposite for degradation of phenol”, Chemical Engineering Journal, 172, pp 1008 – 1015 23 Shiding Miao, Zhimin Liu, Buxing Han, Haowen Yang, Zhenjiang Miao, Zhenyu Sun (2006), “Synthesis and characterization of ZnS-montmoiollonite nanocomposites and their application for degrading eosin B”, Journal of Colloid and Interface Science, 301, pp 116 – 122 24 Tomašević Anđelka, Đaja Jelena, Petrović Slobodan, Kiss Ernő E., Mijin Dušan (2009), “A study of the photocatalytic degradation of Methomyl by UV light”, Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly , 15(1), pp 17 – 19 59 ... TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - BÙI THỊ THOAN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOSITE CỦA ZnO TRÊN CHẤT MANG CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chun ngành: Hóa... hai pha Phản ứng xúc tác quang xảy pha hấp phụ Q trình quang hóa xúc tác khác trình xúc tác dị thể truyền thống kiểu hoạt hóa xúc tác Trong quang hóa xúc tác quang hoạt hóa xúc tác dị thể truyền... tâm hoạt động xúc tác, từ giúp nâng cao hiệu xúc tác Chính vậy, đề tài này, nghiên cứu tổng hợp khảo sát khả hấp phụ hoạt tính xúc tác vật liệu nano composite ZnO/ Bentonit hợp chất hữu khác